Неавтомобильное производство принимает робототехнику для повышения эффективности и гибкости

Но роботы могут никогда полностью управлять производством.

Дешевле роботы с большими функциями, вместе с более гибкими рабочими ячейками и установками, облегчающими робототехнику, ускоряют рост автоматизированных производственных объектов в неавтомобильном секторе. Идеи о том, ведут ли робототехника и автоматизация к lights-out производству на цехе, однако, смешаны.

Хотя общее количество проданных единиц и выручка по робототехнике в 2018 году снизились, заказы промышленных роботов фактически выросли на 24% по сравнению с предыдущим годом в отраслях наук о жизни, пищевой и потребительских товаров, пластика и резины и электроники, согласно Ассоциации промышленных роботов.

Есть много причин для роста — среди них: роботизированные системы легче устанавливать, интегрировать в систему автоматизации и программировать.

Например, подход Швейцарии-базированной ABB — производить ряд стандартизированных, модульных решений автоматизации vs. проектирование и инженеринг беспокойных рабочих ячеек для каждого из своих клиентов.

«Всё это сокращает время, потому что мы не тратим недели или месяцы на проектирование и инженеринг их», — сказал Дуайт Морган, вице-президент по продажам и маркетингу для ABB USA Robotics, Оберн-Хиллс, штат Мичиган. «Так что, внутри всех приложений, в которых мы вовлечены, таких как уход за станком или упаковка, у нас есть семейство стандартных решений, позволяющих нам двигаться действительно быстро и устанавливать короткие лид-таймы».

FANUC America Corp., Рочестер-Хиллс, штат Мичиган, предлагает мобильно-возможных роботов, которые можно поставить на колеса или поднять погрузчиком и установить на место.

«И, типично, они немного более самосодержательные, так что на них меньше соединений», — сказал Рик Максвелл, директор инженеринга для общепромышленного и автомобильного сегмента.

Коллега Максвелла Джон Тухи, исполнительный директор глобальных аккаунтов, сказал, что FANUC также имеет ряд клиентов, заинтересованных в полуавтономном подъемном помощнике.

«В форме коллаборации FANUC имеет способность адаптировать любые наши роботы в устройство помощи подъема, похожее на то, что можно увидеть с контрвесом или подъемным помощником в заводе сегодня», — сказал Тухи. «Оператор вручную манипулирует роботом в желаемую позицию, заканчивает задачу и посылает робота обратно, чтобы автономно взять другую деталь».

Том Фишер, директор операций для RobotWorx, Марион, штат Огайо, компания, продающая и интегрирующая роботов ABB, FANUC, Kuka и Motoman в рабочие ячейки, сказал, что достижения в Ethernet-коммуникации vs. аналоговых настройках сделали намного легче использование множественных функций (как взаимодействие с другими роботами, человеко-машинными интерфейсами и пультовыми станциями операции) робота одновременно.

«Вы можете передавать множественные сигналы сразу вместо того, чтобы прокладывать каждый сигнал индивидуально», — сказал он. «Это просто простая вставка и затем настройка вашего Ethernet I/O».

Есть также человеческий фактор, делающий установку роботов легче, сказал Фишер. «Я думаю, мы приходим к поколению, которое лучше понимает электронику, и через свой опыт с видеоиграми они более приспособлены к управлению вещами клавиатурой (или роботизированным teach pendant) vs. напрямую», — сказал Фишер. «Они могут применить этот опыт к робототехнике».

В MC Machinery Systems Inc., нисходящая робототехника — следующая большая вещь. Дочерняя компания Mitsubishi Corp., базирующаяся в Элк-Гроув-Вилладж, штат Иллинойс, продает проводные EDM, фрезерные станки и лазерные резаки, и интегрирует их в автоматизированные линии.

«Вы берете деталь, вы хватаете её, вы стопкуете её правильно и она движется в место, где робототехника может переместить её в отдельное место», — сказал Джейсон ЛеГранд, специалист по автоматизации. «Может быть, она движется через time saver станок или выпрямитель или пресс-сверл. Это следующая большая вещь и мы буквально имеем встречи с интеграторами, чтобы узнать, какие их требования, чтобы сделать это случаться».

Облегчение нисходящей робототехники — приобретение Mitsubishi в 2018 году Astes4, швейцарской компании, делающей Astes4Sort, гибкую производственную систему, спроектированную для сортировки.

«Они абсолютно, без вопроса, на режущей кромке автоматизированной сортировки деталей с промышленного лазера», — сказал ЛеГранд. «Их функция — следующий шаг, куда нам нужно взять нашу лазерную автоматизацию. Astes4Sort берет готовые детали, которые выходят, и стопкует их как бы им сказали; это, само по себе, становится очень привлекательным для конечных пользователей».

Детали стопкуются и паллетизируются, готовые для следующего шага в производственном процессе. «Это делает намного легче интеграцию роботизированной операции на заднем конце, потому что мы знаем, что есть стопка похожих деталей, одна на другой, в той же ориентации», — сказал ЛеГранд. «Это первый шаг к тому, чтобы позволить роботу взять это оттуда и пойти к следующей операции без необходимости иметь более дорогую систему зрения или что-то в том роде».

Выпрямляются ли цены роботов?

Исторически роботы становились дешевле, но по анекдотичной информации цены выпрямились, пока ценность выросла.

За последние 30 лет средняя цена промышленного робота упала вдвое, согласно глобальному консалтингу McKinsey & Co. Средняя цена продажи промышленных роботов снизилась с $63 000 в 2009 до $45 000 в 2018, согласно statista.com.

Сайт RobotWorx, продающий новые и рекондиционированные роботы, сообщает, что новые промышленные роботы, полные с контроллерами и teach pendant-ами, стоят от $50 000 до $80 000. Типично, рекондиционированные роботы стоят вдвое дешевле новых, согласно RobotWorx.

В недавнем прошлом цена роботов действительно не снижалась, но робототехнические компании добавили больше функциональности, сказал Фишер из RobotWorx.

Один пример улучшенной функциональности — в человеко-машинном интерфейсе, сказал он. «В прошлом вам пришлось бы подключать вторичный аксессуар для использования как HMI», — сказал он. «Теперь компании вроде FANUC добавляют это в их ПО, так что это может работать с их pendant».

Другой пример добавленной функциональности виден в коллаборативных роботах, сказал он. «Их наибольшее использование — в уходе за станком, это горячее сейчас», — сказал он. «Вы можете иметь оператора в рабочей ячейке с роботом, работающим рядом».

Максвелл из FANUC согласился с аспектом функциональности. Так же как в компьютерной отрасли, где вы не обязательно платите меньше за ноутбук, но получаете больше за свои деньги, когда вы платите ту же цену за робота, вы получаете значительно больше функциональности из него. Роботы сегодня быстрее, имеют больше вычислительной емкости, больше обработки мощности и/или более высокую полезную нагрузку, сказал он.

ЛеГранд из MC Machinery также согласился. «[Роботы] лучше подходят к более широкому спектру приложений», — сказал он. «В результате производители используют их для большего. Что происходит — производители берут стопку деталей, которые резаны хорошо, и они доставляются в место, где роботы могут к ним получить доступ.

«Теперь производители говорят: "Что я могу сделать от этой точки с роботом, чтобы упростить операцию и дать ей повторяемое время цикла, чтобы мы могли эффективно планировать производство", и так далее», — продолжил он.

Используйте свои руки

Как только производители определили, что роботы могут сделать для большей эффективности операций и установили их на заводском полу, эти производители могут воспользоваться более интуитивным и пользовательским ПО для их программирования.

«Был огромный усилие по всей нашей компании, так и по всей отрасли, чтобы сделать использование и программирование автоматизации более интуитивным с такими вещами, как ручное руководство, меню программы, такие вещи», — сказал Максвелл. «Что вы найдете — многие производители, и FANUC в частности, имеют базовые, легкие в использовании, меню-драйвенные опции. Наш iHMI проведет вас через то, как генерировать программы. Это графическое, и действительно довольно простое».

Как только робот запрограммирован и работает, робототехнические компании сделали легче миграцию от базового программирования к более сложным задачам для интеграции увеличенной функциональности робота, в зависимости от работы на руках, сказал Максвелл.

Производители роботов вроде FANUC и ABB также добавили ручное руководство для программирования. Для pick-and-place операции оператор учит робот позицию, хватая ручку и перетаскивая концевой инструмент (EOAT) туда, где деталь, затем перетаскивая EOAT в чистую позицию, затем перетаскивая её к коробке. Старый способ обучения той же задачи — использовать teach pendant робота и нажимать различные кнопки для осей X, Y и Z, чтобы получить робота в позицию.

«Теперь вы готовы к запуску», — сказал Максвелл. «В тех трех-четырех шагах вы научили робот что делать. Так что это намного более интуитивно, и намного легче в использовании».

YuMi ABB, двухрукий робот, полностью интегрированный с зрением, вакуумным захватом, двумя типами механических захватов и контролем силы, также может быть запрограммирован с ручным руководством. «Это как учить вашего ребенка кататься на велосипеде», — сказал Морган.

Общие применения для YuMi — манипулирование материалами, сборка, упаковка и пищевое производство. «Когда вы достаете YuMi из коробки, он готов к работе», — сказал Морган. «У него две руки, так что одна может быть фикстурой для удержания детали, а другая — рабочей рукой. Вам не нужен конвейер, вам не нужен паллет, вам не нужна фикстура».

Нет настоящих lights-out ситуаций?

Использование lights-out производства было затруднено проблемами манипулирования деталями и логистики, но детальное планирование, Промышленный интернет вещей (IIoT), и функции, все еще в разработке, такие как искусственный интеллект (ИИ), обещают преодолеть их. Тогда снова, полный lights-out может не быть ответом, сказал один производитель.

Для любого, у кого есть любая автоматизация, lights-out — цель, сказал ЛеГранд. В рабочих ячейках его компании идея — держать лазер включенным как можно дольше.

«Все движутся к этому», — сказал он. «В прошлые годы, с системами автоматизации и, более важно, техниками программирования и конфигурациями станков, они не были совсем настроены для настоящего lights-out. Было много подворотов деталей и вещей, которые останавливали станок от работы. Мы все научились на своих ошибках».

ЛеГранд сказал, что lights-out может требовать компромиссов, особенно если операторы делают динамическую укладку, где каждая укладка уникальна. Это часто, особенно в контрактных цехах.

«И во многих контрактных цехах ситуации, которые они верят являются lights-out, не применяются к ним», — сказал он. «Они могут это сделать, однако — им просто нужно подойти к укладке, программированию, всему немного иначе. Им нужно использовать другой набор параметров для резки».

Это может не быть самым быстрым способом резать, но медленно и уверенно выигрывает гонку в lights-out, сказал ЛеГранд.

«Оно должно двигаться последовательно без остановки. Так что, может быть, расстояние между деталями становится немного больше, может быть, удержание, чтобы детали не переворачивались, становится немного более агрессивным».

В результате его клиенты могут закончить с двумя разными программами для станков от MC Machinery; одна для lights-out, и одна для manned операций.

Максвелл из FANUC согласился, что lights-out — будущее и остается целью для нескольких его клиентов. «Мы видели относительно хороший успех для работы очень длинных периодов времени», — сказал он. «Может быть смена, может быть смена и половина, но по всему производственному процессу есть все еще области, где им нужно прийти и сделать определенные вещи. Где это было успешно — обычно третья смена, вторая к третьей смене».

Это потому, что lights-out операции не зависят только от автоматизации, но также от других станков и процессов, таких как манипулирование материалами. Логистика важна, сказал он, и если они не запланированы хорошо, дефицит материалов может возникнуть.

Совет Максвелла любому, намеренному на безлюдные операции — сначала проанализировать свои операции и разбить их на дискретные шаги. Затем рассмотреть, что может пойти не так в каждом шаге и определить, как эта проблема может быть решена без оператора.

Наличие некоторых рабочих под рукой всегда будет необходимо, сказал Фишер из RobotWorx. «Lights-out — это своего рода миноним для производства», — сказал он. «На самом деле нет настоящей lights-out производственной ситуации. У вас всегда есть какая-то поддержка. Но компании идут к скелетному экипажу автоматизации».

В этот момент всё еще необходимо держать ключевых людей для поддержки линии, сказал он; не обязательно операторов, но техников обслуживания и робототехников для поддержки в случае, если что-то ломается или требует ремонта.

«Что позволяет тренд к lights-out операциям — использование роботов для ухода за станками и манипулирования материалами», — сказал Фишер. «Будущее — ИИ и IIoT».

IIoT позволяет отправлять алерты на удаленную локацию для рабочего, чтобы мониторить и вмешиваться в случае проблемы путем планирования обслуживания и позволяло бы ему отслеживать производственные номера. ИИ более предиктивтивен и позволяет роботу инициировать и делать корректировки самостоятельно.

Робототехнический ИИ в разработке, и еще не доступен в никаком роботе, сказал Фишер. «Все OEMы работают над этим как R&D проекты, но ничего из этого еще не существует», — сказал он. «Может быть, мы увидим это в ближайшие пять-десять лет».

Другая большая проблема, сдерживающая настоящий lights-out — качество деталей, сказал Фишер.

«Если вы делаете процесс сборки, сварочный процесс, если качество вашей детали не идеально, вы сталкиваетесь с проблемами, которые только человек может идентифицировать с точки зрения качественного выхода или ремонта и обслуживания», — сказал он. Автопроизводители должны иметь визуальную инспекцию сварочных швов безопасности, чтобы убедиться, что швы правильно расположены и без дефектов. Камера слишком ограничена для инспекции, добавил он.

Морган из ABB переключил свой фокус от lights-out на Индустрию 4.0. «Знаете, мы в бизнесе роботов десятилетиями теперь, и я бы сказал, термин "lights-out производство" почти рассматривался как Святой Грааль автоматизированного производства», — сказал он. «Люди думали, что как только вы доведете свой процесс и бизнес до того уровня, вы прибыли».

Пока другие фокусируются на lights-out, ABB установила свои прицелы вместо этого на завод будущего и Индустрию 4.0, с гибким, агильным производственным объектом, который может работать в low-mix, high-volume так же, как и high-mix, low-volume работе.

«Если вы посмотрите на традиционные высокообъемные продукты вроде сотовых телефонов, просто посмотрите, сколько цветов и конфигураций памяти вы можете купить, например, Samsung Android телефон сегодня», — сказал Морган. «Это то, что мы видим сегодня в производстве».

Бренд-новое — интегрированная экосистема, где вся конфигурация автоматизации интегрирована в потребности клиентов, как быстрая доставка. Например, сказал Морган, производитель контактных линз может производить миллиарды мягких контактных линз, но теперь у него есть e-fulfillment операция в заводе с интегрированными доставкой и логистикой компаниями вроде FedEx на месте.

«Мы действительно видим большой фокус на том, что бы вы ни тратили свои деньги как производитель, это должно быть надежным и доступным с огромным фокусом на общую эффективность оборудования», — сказал Морган. «Мировой класс OEE номер раньше 80-85% теперь очень низкая планка, и чтобы быть мировым классом сегодня, они начинают с 90%. Это об эффективности на каждом уровне. Это означает коллаборативный робот, работающий рядом с оператором в производственной среде, и всё это цифрово связано».